BitVM與Bitlayer：開創(chuàng)比特幣可編程未來

作者：Bitlayer Research Team

原文標(biāo)題：BitVM and Bitlayer: Pioneering Bitcoin’s Programmable Future

原文鏈接：https://blog.bitlayer.org/BitVM_and_Bitlayer_Pioneering_Bitcoins_Programmable_Future/

比特幣，作為全球最安全、最去中心化的區(qū)塊鏈，一直以來被認(rèn)為在可編程性方面較為有限，相較于以太坊等平臺(tái)。然而，BitVM正在改變這一局面，它為比特幣引入了一個(gè)先進(jìn)的計(jì)算和可編程框架。BitVM的核心在于，它解鎖了信任最小化的比特幣橋接和其他應(yīng)用的潛力，同時(shí)保持比特幣去中心化和安全性的原則。

本文將探討B(tài)itVM的發(fā)展歷程、當(dāng)前狀態(tài)、背后的關(guān)鍵工程努力，以及Bitlayer作為BitVM生態(tài)系統(tǒng)重要貢獻(xiàn)者所作出的突出貢獻(xiàn)。

BitVM的發(fā)展歷程

BitVM代表了比特幣在作為數(shù)字貨幣之外，能力拓展的一個(gè)變革性步驟。BitVM的旅程標(biāo)志著以下幾個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)：

1. 初步提案：Robin Linus首次提出BitVM作為比特幣的通用計(jì)算解決方案。

2. 交互式二分法：Robin通過引入交互式二分法（利用RISC-V指令）來改進(jìn)概念，使計(jì)算更加高效。

3. BitVM2：最新版本BitVM2取消了二分法，并引入了無需許可的挑戰(zhàn)機(jī)制，使其成為一個(gè)強(qiáng)大的比特幣橋接框架。

目前，BitVM社區(qū)幾乎完全聚焦于BitVM2，本文討論的版本即為BitVM2。

關(guān)于BitVM聯(lián)盟

BitVM聯(lián)盟由Robin Linus和Lukas George創(chuàng)立，旨在加速BitVM的開發(fā)與推廣。該聯(lián)盟匯聚了多個(gè)領(lǐng)先項(xiàng)目和團(tuán)隊(duì)，共同推動(dòng)比特幣可編程性的邊界。更多信息，請(qǐng)?jiān)L問BitVM項(xiàng)目頁面。

BitVM項(xiàng)目現(xiàn)狀

BitVM工作原理：簡化版

BitVM實(shí)現(xiàn)了一個(gè)將比特幣連接到可編程環(huán)境的橋接機(jī)制，促進(jìn)了諸如資產(chǎn)轉(zhuǎn)移等工作流。整個(gè)過程可以分為三個(gè)關(guān)鍵步驟：

1. Peg-in：用戶將BTC鎖定在BitVM智能合約中，并在目標(biāo)系統(tǒng)或者其他系統(tǒng)上鑄造包裝BTC（YBTC）。

2. Peg-out：用戶請(qǐng)求提現(xiàn)，Broker提供流動(dòng)性，將BTC轉(zhuǎn)賬給用戶。

3. Claim：Broker從BitVM智能合約中取回資金，前提是沒有人對(duì)該請(qǐng)求提出挑戰(zhàn)。

來源: BitVM2 白皮書 (https://bitvm.org/bitvm_bridge.pdf)

BitVM智能合約的作用

BitVM智能合約本質(zhì)上是一個(gè)預(yù)簽名的比特幣交易圖，定義了所有參與者必須遵循的規(guī)則和工作流。其主要特點(diǎn)包括：

• 預(yù)簽名交易：這些交易由所有參與者提前簽署，用以執(zhí)行協(xié)議規(guī)則。

• 多重簽名控制：資金被鎖定在由所有工作流參與者共同控制的多重簽名錢包中。

一旦交易圖發(fā)布，用戶就可以將BTC鎖定到BitVM合約中并在目標(biāo)系統(tǒng)或者其他系統(tǒng)上鑄造包裝BTC，啟動(dòng)整個(gè)工作流。

確保完整性：爭議解決

為了確保請(qǐng)求的有效性，BitVM采用了爭議解決協(xié)議：

1. 預(yù)承諾：Broker預(yù)先承諾一個(gè)Groth16驗(yàn)證器結(jié)果，該結(jié)果通過離線程序計(jì)算得出，以確保請(qǐng)求有效（例如，包裝BTC已經(jīng)銷毀，Peg-out轉(zhuǎn)賬已完成）。

2. 挑戰(zhàn)：如果有人提出挑戰(zhàn)，Broker必須揭示驗(yàn)證器計(jì)算的所有中間值。

3. 驗(yàn)證：挑戰(zhàn)者離線運(yùn)行驗(yàn)證器，查找任何無效的片段。如果發(fā)現(xiàn)欺詐行為，挑戰(zhàn)者將提交一個(gè)交易，以回放無效的區(qū)塊到比特幣上，從而使該請(qǐng)求無效。

關(guān)鍵工程工作

1. Groth16驗(yàn)證器開發(fā)

Groth16驗(yàn)證器是BitVM的基石，能夠直接在比特幣上進(jìn)行高效的零知識(shí)證明驗(yàn)證。關(guān)鍵成就包括：

• 構(gòu)建驗(yàn)證器：

• 完全使用比特幣腳本實(shí)現(xiàn)了一個(gè)單體Groth16驗(yàn)證器，其功能與通用編程語言相當(dāng)。

• 開發(fā)了基礎(chǔ)原語，包括BIGINT算術(shù)、BLAKE3哈希、BN254橢圓曲線配對(duì)和Winternitz簽名（用于位承諾）。

• 優(yōu)化：

• 采用先進(jìn)的加密技術(shù)，將驗(yàn)證器的大小從7.4GB減少到1GB。

• 分塊驗(yàn)證器：

• 將單體驗(yàn)證器拆分為較小的區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊的大小足夠小，可以放入單個(gè)比特幣交易中（小于4MB）。這些區(qū)塊作為欺詐證明，確保爭議可以在鏈上解決。

1. 協(xié)議實(shí)現(xiàn)

在Groth16驗(yàn)證器到位后，下一步是開發(fā)一個(gè)完整的交易圖，將所有組件連接起來。這包括：

• 監(jiān)控鏈上事件并存儲(chǔ)必要的數(shù)據(jù)。

• 構(gòu)建和驗(yàn)證像ASSERT和DISPROVE這樣的交易。

• 管理Connector輸出，可靠的將交易上鏈。

當(dāng)前狀態(tài)

Groth16驗(yàn)證器：

• 單體驗(yàn)證器已縮小至1GB。

• 分片驗(yàn)證器由不到1000個(gè)區(qū)塊組成，足以部署。

協(xié)議實(shí)現(xiàn)：

• 交易圖幾乎完成。

下一步：

1. BitVM聯(lián)盟正在進(jìn)行全面的代碼審計(jì)。

2. 正在計(jì)劃展示第一個(gè)端到端BitVM橋接。

Bitlayer的貢獻(xiàn)

Bitlayer是BitVM項(xiàng)目的主要貢獻(xiàn)者，特別在以下兩個(gè)領(lǐng)域：

1. Groth16驗(yàn)證器的貢獻(xiàn)：

• 優(yōu)化：

• 開發(fā)了一種批量的多標(biāo)量乘法（MSM）技術(shù)，將腳本大小從7.4GB減少到5.6GB。

• 實(shí)現(xiàn)了一種新的MSM算法，使用仿射坐標(biāo)，將驗(yàn)證器大小進(jìn)一步減少到1GB。

• 驗(yàn)證器分塊器：

• 提出了第一個(gè)可行的分塊器實(shí)現(xiàn)，將單體驗(yàn)證器拆分為邏輯部分（例如MSM、G2組檢查、Miller loop accumulation）。

• 精細(xì)調(diào)整了分塊過程，以平衡輸入/輸出粒度，實(shí)現(xiàn)最佳分塊大小。

1. 橋接協(xié)議的貢獻(xiàn)：

• 開發(fā)了ASSERT交易和DISPROVE交易等關(guān)鍵組件。

• 計(jì)劃為BitVM項(xiàng)目貢獻(xiàn)更多協(xié)議實(shí)現(xiàn)。

Bitlayer：官方BitVM項(xiàng)目之外

Bitlayer意識(shí)到BitVM的變革潛力，正在探索其在比特幣橋接之外的應(yīng)用：

1. BitVM抽象：開發(fā)可重用的組件，如BitVM風(fēng)格智能合約、欺詐證明和零知識(shí)證明。

2. Finality Bridge：推出自己的BitVM橋接實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)inality Bridge測(cè)試網(wǎng)現(xiàn)已上線。

3. Bitcoin Rollup：基于BitVM抽象的Rollup協(xié)議，包含遞歸BitVM智能合約和zkVM。

Bitlayer的貢獻(xiàn)回顧

1. 實(shí)現(xiàn)了開創(chuàng)性的Groth16驗(yàn)證器優(yōu)化，顯著減少了腳本大小。

2. 開發(fā)了首個(gè)可行的驗(yàn)證器分塊器實(shí)現(xiàn)。

3. 為BitVM橋接協(xié)議貢獻(xiàn)了核心組件，包括ASSERT和DISPROVE交易。

4. 探索創(chuàng)新的應(yīng)用案例，如比特幣原生Rollup和zkVM。